Трансформатор өзектерінің функциялары және классификациясы

1. Трансформатор өзектерінің функциялары

Практикалық трансформаторлар әрқашан айнымалы ток жағдайында жұмыс істейді. Қуатты жоғалту тек орамдардың кедергісінде ғана емес, сонымен қатар айнымалы токтың магниттелуіне байланысты өзекте де орын алады. Ядродағы қуаттың жоғалуы әдетте 'темір жоғалуы' (немесе ядроның жоғалуы) деп аталады, ол екі негізгі факторға байланысты: 'гистерезис жоғалуы' және 'құйынды токтың жоғалуы'. Гистерезис жоғалуы - гистерезис құбылысына байланысты магниттелу процесі кезінде бөлінетін энергия. Бұл шығынның шамасы материалдың гистерезис контурымен қоршалған ауданға пропорционал. Кремний болатының тар гистерезис контуры болғандықтан, оны негізгі материал ретінде пайдалану гистерезис жоғалуын айтарлықтай азайтады және жылу түзілуін айтарлықтай азайтады.

Кремний болаттың осындай артықшылықтары болғандықтан, ядро ​​неліктен кремний болаттан жасалған қатты блоктан жасалмайды, оның орнына жұқа парақтарға өңделеді? Себебі ламинатталған өзек темір жоғалтудың басқа түрін - құйынды ток жоғалуын азайтады. Жұмыс кезінде орамдардағы айнымалы ток айнымалы магнит ағынын тудырады. Бұл өзгеретін магнит ағыны ядродағы токтарды тудырады. Бұл индукциялық токтар магнит ағынының бағытына перпендикуляр жазықтықта айналады, сондықтан құйынды токтар деп аталады. Құйынды ток жоғалуы да ядроның қызуын тудырады. Бұл жоғалтуды азайту үшін трансформатор өзегі бір-бірінен оқшауланған кремний болат парақтарды қабаттастыру арқылы жасалады. Бұл құйынды токтарды көлденең қимасының ауданы кішірек тар контурлар арқылы ағуға мәжбүр етеді, осылайша құйынды ток жолының электрлік кедергісін арттырады. Сонымен қатар, болаттағы кремний материалдың электрлік кедергісін арттырады, бұл одан әрі құйынды токтарды азайтуға көмектеседі. Трансформатор өзектері үшін әдетте қалыңдығы 0,35 мм суықтай илектелген кремний болат парақтары таңдалады. Олар қажетті өзек өлшемдеріне сәйкес тікбұрышты жолақтарға кесіледі, содан кейін 'сегіздік фигура' немесе тікбұрышты жақтау пішінін қалыптастыру үшін қабаттасады. Теориялық тұрғыдан алғанда, кремний болат парақтары неғұрлым жұқа болса және жолақтар неғұрлым тар болса, құйынды токтарды азайтудың әсері соғұрлым жақсы болады. Бұл құйынды ток жоғалуын азайтып, температураның көтерілуін төмендетіп қана қоймайды, сонымен қатар материалды үнемдейді. Дегенмен, нақты өндірісте бұл қолайлы факторлар жалғыз ескерілмейді. Парақтарды тым жұқа және тар етіп жасау жұмыс уақытын айтарлықтай арттырады және өзектің тиімді көлденең қимасының ауданын азайтады. Сондықтан, кремний болаттан жасалған өзектерді өндіру кезінде оңтайлы өлшемдерді таңдау үшін белгілі бір жағдайларға негізделген оң және теріс жақтарын өлшеу керек.

Трансформаторлар электромагниттік индукция принципіне негізделген. Жабық өзек мүшесінің айналасына екі орам оралған: бастапқы орам және қайталама орам. Бастапқы орамға айнымалы ток кернеуі қолданылғанда, ол арқылы магнит қозғаушы күш (MMF) орнатып, айнымалы ток өтеді. Осы ММФ әсерінен ядрода айнымалы негізгі магнит ағыны пайда болады. Бұл негізгі магнит ағыны бастапқы және қайталама орамалардан өтіп, байланыстырады. Электромагниттік индукцияның арқасында екі орамда да электр қозғаушы күштер (ЭҚК) пайда болады. Оның кернеуді жоғарылату немесе төмендету себебі Ленц заңымен түсіндіріледі: индукциялық ток тудыратын магнит ағыны әрқашан бастапқы магнит ағынының өзгеруіне қарсы тұрады. Бастапқы магнит ағыны ұлғайған кезде индукциялық ток тудыратын магнит ағыны оған қарсы тұрады. Басқаша айтқанда, қайталама орамдағы индукцияланған магнит ағыны бірінші реттік орамда пайда болатын негізгі магнит ағынына қарама-қарсы болады, нәтижесінде екінші реттік орамдағы төменгі деңгейдегі айнымалы кернеу пайда болады. Осылайша, ядро ​​трансформатордың магниттік тізбегі қызметін атқарады, ал орамдар оның электр тізбегін құрайды.

2. Трансформатор ядросының конфигурацияларының классификациясы

Қабық типті және негізгі типті ядролар

Өзекшенің орамдары оралған бөлігін 'өзек буыны' деп атайды, ал орамдары жоқ, бірақ тек магниттік жол қызметін атқаратын бөлігін 'қамыт' деп атайды. Өзек орамдарды қоршап тұрғанда, ядро ​​'қабық типті' деп аталады, ал орамдарды қоршап тұрғанда - 'өзек типті'b. Қабық типті және негізгі типті конфигурациялардың әрқайсысының өзіндік сипаттамалары бар, бірақ олар белгілейтін өндірістік процестер айтарлықтай ерекшеленеді. Белгілі бір құрылымды таңдағаннан кейін басқасына ауысу қиын. Қытайда трансформатор өзектерінің көпшілігі жинақталған ядро ​​типті дизайнды пайдаланады.

Кремний болат парақтары төмен жиілікті трансформаторлар үшін пайдаланылады және әр түрлі болады. Өндіріс процесіне қарай оларды келесіге бөлуге болады:
A: Күйдіртілген (қара парақтар)
N: Күйдірілмеген (ақ парақтар)

Пішініне қарай оларды: EI типті, UI типті, С типті және шаршы (ауыз) типке бөлуге болады.

Шаршы типтегі кремний болат парақтары әдетте жоғары қуатты трансформаторларда қолданылады. Олар тамаша оқшаулау өнімділігін, жылуды таратудың қарапайымдылығын және қысқа магниттік жолды ұсынады. Олар ең алдымен қуаты 500–1000 Вт-тан жоғары трансформаторларға және жоғары қуатты трансформаторларға қолданылады. Екі C типті парақтан тұратын кремний болат парақтар жиынтығы CD типті өзек деп аталады. CD типті парақтармен жасалған күштік трансформаторлар үшін бірдей көлденең қиманың астында, терезе неғұрлым жоғары болса, трансформатордың қуат сыйымдылығы соғұрлым жоғары болады. Орамдарды өзекшенің екі жағына бөлек орнатуға болатындықтан, катушкалар айналымының санын екі орауышқа бөлуге болады, нәтижесінде бір орауыштың орташа айналу ұзындығы қысқарады және мыс шығыны азаяды. Сонымен қатар, егер екі симметриялық катушкалар бөлек орауыштарға оралса, тамаша симметрияға қол жеткізуге болады.

Төрт C типті парақтан тұратын кремний болат парақтар жиынтығы ED типті өзек деп аталады. ED типті өзектермен жасалған трансформаторлар тегіс, кең профильге ие. Бірдей қуат рейтингі бойынша ED түріндегі трансформаторлар CD түріндегі трансформаторларға қарағанда қысқа және кеңірек. Катушкалар сыртқы магниттік жолы бар кремний болат парақтардың ортасында орнатылғандықтан, олар төмен ағып кету ағынын және қоршаған құрамдас бөліктерге минималды кедергіні көрсетеді. Дегенмен, барлық катушкалар бір қалың орауышқа оралады, нәтижесінде орташа айналым ұзындығы ұзағырақ және мыс жоғалуы жоғары болады.

C типті ядролар жоғары өнімділікті ұсынады, нәтижесінде трансформаторлар жинақы, жеңіл және жоғары тиімді. Құрастыру тұрғысынан алғанда, C типті өзектер өте аз бөлшектерді қажет етеді және жоғары әмбебаптылыққа ие, бұл жоғары өндіріс тиімділігіне әкеледі. Дегенмен, C типті кремний болат парақтарын өңдеу процесі күрделі және арнайы жабдықты қажет етеді, бұл олардың ағымдағы құнын салыстырмалы түрде жоғары етеді.

E-типті кремний болат парақтар, сондай-ақ қабық типті немесе сегіз-сурет парақтары ретінде белгілі, негізгі артықшылығы бар, бірінші және екінші орамдар үшін бір орамды ортақ пайдалану, жоғары терезе кеңістігі коэффициентін береді (кеңістік коэффициенті Km: мыс сымның таза көлденең қимасының терезе ауданына қатынасы). Кремний болаттан жасалған парақтар механикалық зақымдануды болдырмайтын орамалардың айналасында қорғаныс қабығын құрайды. Олар сондай-ақ үлкен жылу тарату аймағын қамтамасыз етеді және магнит өрісінің дисперсиясын азайтады. Дегенмен, олар бастапқы және қайталама орамдар арасында жоғары ағып кету индуктивтілігін және сыртқы магниттік кедергілерге көбірек сезімталдықты көрсетеді. Сонымен қатар, орамалардың орташа периметрі ұзағырақ болғандықтан, E-типті трансформаторлар бірдей айналымдар саны мен өзек қимасының ауданы үшін көбірек мыс сымды қажет етеді.

Кремний болаттан жасалған парақтардың жалпы қалыңдығы 0,35 мм және 0,5 мм. Кремний болат парақтарды құрастырудың екі әдісі бар: қабаттастырып қою және түйістіру. Араластыру әдісі парақтардың ашық ұштарын қарама-қарсы жақтарға ауыстырады. Бұл әдіс неғұрлым жалықтырады, бірақ ауа саңылауларының азаюына және магниттік ағынның жоғарылауы үшін пайдалы болатын магниттік құлықсыздықтың төмендеуіне әкеледі; сондықтан ол күштік трансформаторларда кеңінен қолданылады. Тікелей токпен (тұрақты ток) қолданылатын қосымшаларда тітіркену әдісі жиі қолданылады. Тұрақты ток әсерінен қанықтыруды болдырмау үшін кремний болат парақтары арасында ауа саңылауын қалдыру керек. Бұл әдісте E-парақтар мен I-парақтар қарама-қарсы жақтарға орналастырылады және олардың арасындағы ауа саңылауын қағаз жиектері арқылы реттеуге болады.

3. Орамның өзегі түрлері

Олар үш түрге бөлінеді:
A. ТОРОИДАЛДЫҚ ӨЗЕК: O типті ламинацияларды қабаттастыру немесе кремний болат парақтарын орау арқылы жасалған. Мұндай ядроға сымды орау өте қиын.
B. ТАБЫҚ ӨЗЕГІ: Таяқша тәрізді темір өзек.
C. БАРАБАН ӨЗЕГІ: барабан тәрізді темір өзек.

4. Трансформатордың негізгі материалдарының классификациясы

1. Жоғары жиілікті санат: феррит өзектері
Феррит өзектері жоғары жиілікті трансформаторларда қолданылады. Олар темір оксидінен және kFe₂O₄ (мұндағы k басқа металдарды білдіреді) сияқты басқа екі валентті металдық қосылыстардан тұратын шпинельді кристалдық құрылымы бар керамикалық магниттер. Қазіргі уақытта кеңінен қолданылатын металдарға марганец (Mn), мырыш (Zn), никель (Ni), магний (Mg) және мыс (Cu) жатады. Жалпы комбинацияларға марганец-цинк (MnZn) сериялары, никель-мырыш (NiZn) сериялары және магний-мырыш (MgZn) сериялары жатады. Бұл материалдар 1 кГц-тен 200 кГц-ке дейінгі жұмыс жиілігі диапазонында жоғары өткізгіштік пен кедергі сипаттамаларына ие.
Феррит ядросының жиілік диапазоны: 18 кГц пен 1 ​​МГц-тен жоғары.

2. Төмен жиілікті санат: кремний болат парақтары және аморфты қорытпалар
Кремний болат өзек жиілік диапазоны: 5 Гц-тен 1 кГц-ке дейін.
Кремний болатты пайдаланатын трансформаторлар әдетте 50 Гц жиілікте жұмыс істейді. Дегенмен, тиімділік тұрғысынан сәл жоғарырақ жиілік кремний болат парағының Гаусс рейтингіне байланысты жақсы нәтижелер беруі мүмкін. Аудио жиіліктері 20 кГц-тен жоғары болуы мүмкін болса да, бұл практикалық емес. 50–60 Гц жиілікте жұмыс істеу ұсынылады, бірақ олар 50–200 Гц жиілік диапазонында қалыпты жұмыс істей алады.
Аморфты ядро ​​жиілігі диапазоны: 2 кГц-тен 13 кГц-ке дейін.